内电场增强管状Z型In_(2)O_(3)/In_(2)S_(3)异质结的可控合成及光催化性能

构建具有特殊形貌和增强内电场的异质结材料可以有效提高光催化剂的光生电子-空穴对的分离效率,从而提升光催化活性。采用两步溶剂热+热解可控合成了金属有机骨架(MOFs)衍生的Z型In_(2)O_(3)/In_(2)S_(3)异质结,利用表征分析、光催化降解实验对构建的异质结物相、形貌、光学特性和活性进行了系统研究。结果表明,管状形貌的In_(2)O_(3)/In_(2)S_(3)具有强的光吸收响应,在In_(2)O_(3)和In_(2)S_(3)界面处形成的强内电场抑制了光生电子-空穴对的复合。在可见光照射下,质量比1∶1的In_(2)O_(3)/In_(2)S_(3)表现出最优异的光催化活性,在60 min内对盐酸四环素(TCH)的降解率达到68.44%,反应动力学常数分别比In_(2)O_(3)和In_(2)S_(3)提高了29.8和3.2倍,经3次循环表现出良好的稳定性。电化学测试和自由基捕获试验表明,In_(2)O_(3)/In_(2)S_(3)异质结内电场强度相比In_(2)O_(3)和In_(2)S_(3)分别提高了3.89和2.42倍,超氧自由基(·O_(2)^(-))和空穴(h^(+))是光催化过程中主要活性物质。该研究为强内电场异质结的高效光催化剂可控合成提供了一种有效策略。

Ⅱ/Z型Bi_(2)MoO_(6)/Ag_(2)O/Bi_(2)O_(3)异质结可见光催化降解四环素

构建异质结能够有效抑制光催化剂中光生电子和空穴的快速复合。本研究采用水热法、煅烧法以及溶剂热法合成了Ⅱ/Z型Bi_(2)MoO_(6)/Ag_(2)O/Bi_(2)O_(3)异质结光催化剂,利用不同研究手段分析材料的组成、形貌以及光电化学性能。结果发现,复合材料的最佳组成为25%ABOBM(Ag_(2)O/Bi_(2)O_(3)和Bi_(2)MoO_(6)的质量比为1:4)。在可见光照射下25%ABOBM对四环素(TC)的降解效率可达85.6%,明显高于Ag_(2)O/Bi_(2)O_(3)和Bi_(2)MoO_(6),而且三次循环实验后仍具有良好的稳定性。25%ABOBM光催化性能的提高可归因于Ag_(2)O、Bi_(2)O_(3)以及Bi_(2)MoO_(6)之间异质结的构建和特殊形貌的形成。自由基捕获实验和电子顺磁共振谱(EPR)结果表明,h+和·O2-在TC的降解过程中发挥着主要作用,而·OH和1O2发挥着次要作用。实验还探索了相关光催化机理,并利用液相色谱-质谱联用仪(LC-MS)对TC可能的降解路径进行了分析。本研究为双异质结光催化剂的制备及其在有机污染物降解应用方面提供了新的思路。

Bi_(2)O_(2)(OH)Cl/Bi/Bi_(2)O_(3)异质结的构筑及其光催化合成H_(2)O_(2)性能研究

通过燃烧法和水热法制备了一种新型的S型异质结催化剂Bi_(2)O_(2)(OH)Cl/Bi/Bi_(2)O_(3)。采用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和紫外可见漫反射光谱对所得样品进行了表征和测试。通过光催化实验和光电化学测试,表征了样品的光催化合成H_(2)O_(2)性能,提出了光催化反应机理。结果表明随着水热温度的升高,样品中Bi_(2)O_(2)(OH)Cl的含量越高,当水热温度为120℃时,复合材料表现出最佳的光催化活性。在模拟太阳光照射下,H_(2)O_(2)的生成效率达到571.43μmol·h^(-1)·g^(-1),分别是Bi/Bi_(2)O_(3)和Bi_(2)O_(2)(OH)Cl的47.8倍和3.6倍。其高效的光催化性能归因于复合材料中异质结界面电场的形成,提高了光生电子-空穴的分离效率。自由基淬灭实验表明Bi_(2)O_(2)(OH)Cl/Bi/Bi_(2)O_(3)光催化生成H_(2)O_(2)反应的主要活性物种为超氧自由基和单线态氧。

双Z型异质结Bi_(2)MoO_(6)/Bi_(2)WO_(6)/Ag_(3)PO_(4)的光催化研究

采用一锅水热法制备了片层花簇状Bi_(2)MoO_(6)/Bi_(2)WO_(6)复合物,并以其为载体,将Ag_(3)PO_(4)通过原位生长的方式沉积在其表面,设计出一种新型的Bi_(2)MoO_(6)/Bi_(2)WO_(6)/Ag_(3)PO_(4)复合双Z-scheme型结构的光催化剂,考察了复合催化剂在可见光下降解罗丹明B(RhB)的催化活性。研究表明,当Ag_(3)PO_(4)在复合物中的质量分数为5%时,复合催化剂在可见光下具有最佳的光催化活性,在120 min内对RhB的降解率高达99.15%。Bi_(2)MoO_(6)、Bi_(2)WO_(6)和Ag_(3)PO_(4)三者的协同作用有效提高了对可见光的吸收能力,所构建的双Z型异质结可改变光生电子的传输路径,进而促使光生电子空穴的分离,从而获得显著的光催化活性。根据捕获实验和能带理论分析,提出了一种双Z-scheme型光催化剂的作用机理。

具有n-n型异质结的复合材料Bi_(2)S_(3)/MIL-125(Ti)光电性能研究

以硫代硫酸钠·五水合物(Na_(2)S_(2)O_(3)·5H_(2)O)、硝酸铋·五水合物(BiN_(3)O_(9)·5H_(2)O)为硫源和铋源,尿素(CON2H4)为结构导向剂,制备了纳米棒状结构的硫化铋(Bi_(2)S_(3)),使其原位生长在MIL-125(Ti)的笼状结构表面。PEC性能测试显示,在0.5 mol·L^(-1)的硫酸钠电解液(pH=6.0)中,Bi_(2)S_(3)/MIL-125(Ti)_(0.07)(MIL-125(Ti)加入量为0.07 g)的复合材料表现出最高的光电性能。光电性能的显著增强主要取决于Bi_(2)S_(3)/MIL-125复合材料的带隙重整效应,对紫外光以及可见光的吸收能力显著提高。但由于Bi_(2)S_(3)/MIL-125光电极与电解液界面之间的电子转移缓慢,为了改善Bi_(2)S_(3)/MIL-125光电极的界面电荷转移动力学性能,利用热还原法引入Ag NPs对Bi_(2)S_(3)/MIL-125光电极进行修饰,制备出的Ag-Bi_(2)S_(3)/MIL-125光电极加快了界面间的电子转移。在-0.5~-0.8 V(versus Ag/AgCl),Bi_(2)S_(3)/MIL-125(Ti)_(0.07)的最大饱和光电流(-0.90 mA·cm^(-2))是未修饰的Bi_(2)S_(3)(-0.61 mA·cm^(-2))的1.5倍;Ag-Bi_(2)S_(3)/MIL-125(Ti)_(0.07)的最大饱和光电流(-1.87 mA·cm^(-2))是未修饰的Bi_(2)S_(3)(-0.61 mA·cm^(-2))的3.1倍。

室温脉冲激光原位沉积技术制备Cu_(2)(Zn_(1-x)Fe_(x))SnS_(4)/Bi_(2)S_(3)异质结及其光电性能

采用具有磁性的Fe取代Cu_(2)ZnSnS_(4)(CZTS)中Zn组分,制备Cu_(2)(Zn_(1-x)Fe_(x))SnS_(4)(CZFTS)薄膜。将电子传输层Bi_(2)S_(3)与CZFTS耦合,采用室温脉冲激光沉积技术(RT-PLD)制备了CZFTS/Bi_(2)S_(3)异质结构。研究了Fe掺杂对于CZFTS薄膜形貌、结晶度和吸光度的影响。测试了单层薄膜和异质结构的光电响应特性,实验表明与单层CZFTS薄膜相比,CZFTS/Bi_(2)S_(3)异质结在可见光区域内的光电响应速度至少提高了一个数量级,响应时间缩短至几十ms。

S-型MnCo_(2)S_(4)/g-C_(3)N_(4)异质结光催化产氢性能研究

本文通过简单的水热法和热解法分别得到MnCo_(2)S_(4)和g-C_(3)N_(4)催化剂,之后采用溶剂蒸发法将MnCo_(2)S_(4)和g-C_(3)N_(4)纳米片结合构建获得无贵金属的S-型MnCo_(2)S_(4)/g-C_(3)N_(4)异质结。研究结果表明,优化后的复合材料具有良好的光催化产氢活性,其产氢速率最高可到2979μmol·g^(-1)·h^(-1),分别为g-C_(3)N_(4)(113μmol·g^(-1)·h^(-1))和MnCo_(2)S_(4)(341μmol·g^(-1)·h^(-1))的26.4和8.7倍。这主要归因于形成的S-型异质结具有比单体更低的反应阻抗,更高的光电流和高效的电子-空穴分离能力,以及低的析氢过电势。本研究为开发稳定、高效的非贵金属产氢异质结催化剂提供了实验基础。

TiO_(2)/Bi_(2)S_(3)纳米棒交联异质结构增效光电化学性能

利用光电化学分解水技术实现太阳能到氢能的直接转化是解决能源和环境问题最有希望的方法之一。通过自组装溶剂热法将Bi_(2)S_(3)纳米棒与TiO_(2)纳米棒复合,构建了Bi_(2)S_(3)/TiO_(2)纳米棒交联异质结构用作光电催化分解水的光阳极。研究了不同反应温度对其光电性能的影响,其中反应温度为160℃时构建的Bi_(2)S_(3)/TiO_(2)光电极的光电流密度达到0.2 mA/cm^(2),是原始TiO_(2)纳米棒光电极的20倍。

Bi_(2)S_(3)-BiOI异质结光催化去除水中Cr(Ⅵ)的研究

近年来,利用光催化剂还原Cr(Ⅵ)的研究受到广泛关注。利用水热法制备了Bi_(2)S_(3)-BiOI异质结光催化剂,对比分析了Bi_(2)S_(3)、BiOI及Bi_(2)S_(3)-BiOI异质结在可见光下去除Cr(Ⅵ)的效果。研究发现,Bi_(2)S_(3)和BiOI结合为异质结后,光催化还原Cr(Ⅵ)的效率得到大幅提升,在最佳条件(制备pH为8,Na_(2)S_(2)O_(3)·5H_(2)O添加量为2 mmol,污染物pH为3,催化剂投加量为0.5 g/L)下,Bi_(2)S_(3)-BiOI异质结可在12 min内实现100%的Cr(Ⅵ)去除率,光还原Cr(Ⅵ)的一级反应速率常数分别为Bi_(2)S_(3)和BiOI的40.3倍和116.6倍。通过一系列表征分析,揭示了Bi_(2)S_(3)-BiOI异质结的形成过程和光电性能,并提出了Bi_(2)S_(3)-BiOI异质结光催化还原Cr(Ⅵ)的机理。Bi_(2)S_(3)-BiOI异质结具有良好的稳定性和重复利用性,重复利用5次后仍能有效去除Cr(Ⅵ)。本研究合成的新型Bi_(2)S_(3)-BiOI异质结光催化剂为高效去除水中Cr(Ⅵ)提供了一个新思路。

调控Cs_(3)Bi_(2)Br_(9)@V_(O)-In_(2)O_(3)S型异质结的费米能级和内建电场促进光生电荷分离和二氧化碳还原

近年来,卤化物钙钛矿材料由于具有合适的能带结构和良好的可见光捕获能力,被广泛应用于光催化还原CO_(2).然而,单一的卤化物钙钛矿的载流子辐射复合严重,导致其电荷分离效率较低,并且对CO_(2)的捕获能力较差,进而限制了其在光催化领域的实际应用.构建异质结被认为是解决单一半导体光催化剂光生载流子分离效率低等问题的有效策略.研究表明,S型异质结不仅可以实现光生载流子的有效分离,而且其独特的光生电荷传输路径还可以使异质结体系保留较强的氧化还原能力,利于光催化反应进行.本文以提高Cs_(3)Bi_(2)Br_(9)钙钛矿量子点的载流子分离效率和CO_(2)吸附能力为目标,构建了Cs_(3)Bi_(2)Br_(9)@V_(O)-In_(2)O_(3)(CBB@V_(O)-In_(2)O_(3))S型异质结,并探究了氧空位在该异质结光催化还原CO_(2)中的作用.首先,将Cs_(3)Bi_(2)Br_(9)钙钛矿量子点(PQD)嵌入到介孔In_(2)O_(3)基体中,构建了CBB@In_(2)O_(3)S型异质结.然后,将氧空位(V_(O))引入到异质结的还原型半导体(介孔In_(2)O_(3))中,增大了CBB和V_(O)-In_(2)O_(3)之间的费米能级(EF)差异,进而增强了CBB@V_(O)-In_(2)O_(3)S型异质结的内建电场.电子自旋共振谱、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-visDRS)等结果表明,In_(2)O_(3)中成功引入了氧空位.表面电荷密度和表面光电压测试结果表明,CBB@In_(2)O_(3)异质结的内建电场强度为单一CBB的4.07倍,而CBB@V_(O)-In_(2)O_(3)异质结的内建电场强度比单一的CBB提升了11.69倍,进一步证明在In_(2)O_(3)中引入氧空位可以增大两种材料的费米能级差异及内建电场强度.密度泛函理论(DFT)理论计算结果表明,氧空位的引入能够使In2O3的费米能级向上移动,使In_(2)O_(3)和CBB之间的费米能级差异增大,与实验结果相一致.这种增强的内建电场为光生载流子的定向迁移提供了更强的驱动力,从而有效提高了该S型异质结的电荷分离效率.采用UV-visDRS,Tauc曲线和莫特-肖特基图谱等分析了In_(2)O_(3)和CBB的能级结构,发现两种材料的能级位置交错排列,有利于形成S型异质结.瞬态吸收光谱、光辅助开尔文力显微镜和原位XPS等结果表明,该异质结的电荷转移模式为S型.该S型异质结的内建电场促进了电荷的高效分离,使得CBB@V_(O)-In_(2)O_(3)异质结表现出较好的光催化CO_(2)还原为CO的性能,其生成CO的产率为130.96μmolg-1h-1.此外,该CBB@V_(O)-In_(2)O_(3)S型异质结表现出良好的光催化稳定性,经过10次循环实验后,其催化CO_(2)还原的性能未发生明显的下降.通过原位漫反射红外傅立叶变换光谱研究了反应中间体和CO_(2)光转化途径.结合DFT计算发现,V_(O)-In_(2)O_(3)中的氧空位作为活性位点,能够优化反应中间体的配位模式,从而降低了光催化还原CO_(2)的活化能.综上所述,调控S型异质结的内建电场是提高异质结电荷分离效率、提升材料光催化性能的有效策略.本文构建了Cs_(3)Bi_(2)Br_(9)@V_(O)-In_(2)O_(3)(CBB@V_(O)-In_(2)O_(3))S型异质结,并探究了氧空位在该异质结光催化还原CO_(2)中的作用,为高效S型异质结光催化材料的设计提供了一种新思路,也为探索氧空位在S型异质结中的作用及人工光合成催化剂的制备提供一定参考.

MoS_(2)/Bi_(2)Se_(3)异质结的制备及其光致发光性能研究

二硫化钼(MoS_(2))是一种典型的二维材料,因其具备高电子迁移率、可调的带隙和高光吸收度等优异性能被广泛应用于光电子领域.二维硒化铋(Bi_(2)Se_(3))拥有随层数变化的特殊表面态.单层MoS_(2)和多层及少层Bi_(2)Se_(3)薄膜构筑成异质结构时,其光致发光性质可能发生显著改变.该文利用气相沉积法成功制备了单层MoS_(2)单晶和5层及较厚的Bi_(2)Se_(3)薄膜,并通过转移法成功构筑了基于5层及较厚的Bi_(2)Se_(3)薄膜的MoS_(2)/Bi_(2)Se_(3)垂直异质结.在此基础上,结合拉曼、光致发光(PL)测试技术,对两种异质结中的激子发光、界面间相互作用和电荷转移进行了研究,发现基于5层Bi_(2)Se_(3)的MoS_(2)/Bi_(2)Se_(3)异质结具有PL显著增强现象,而基于较厚的Bi_(2)Se_(3)的MoS_(2)/Bi_(2)Se_(3)异质结的PL却明显减弱.研究结果表明二维Bi_(2)Se_(3)随层数可变的表面态对MoS_(2)的光学性能具有显著的调制效应.

LaCoO_(3)/Bi_(2)MoO_(6)异质结微球在可见光条件下降解四环素的研究

钼酸铋(Bi_(2)MoO_(6))作为一种新型光催化材料在废水处理方面具有巨大潜力,但Bi_(2)MoO_(6)存在量子产率低、电子与空穴易复合等问题。为了进一步提高Bi_(2)MoO_(6)的光催化活性,采用溶剂热法辅助柠檬酸制备钴酸镧(LaCoO_(3)),并将其与Bi_(2)MoO_(6)复合以制备不同质量比的p n型异质结复合光催化材料LaCoO_(3)/Bi_(2)MoO_(6),进而用于可见光催化降解水中四环素(Tetracycline,TC)的研究。采用XRD、FT IR、XPS、UV vis等手段对复合材料进行表征,并考察其光催化性能,分析光催化降解效果,探究催化反应机理。结果显示:构建的LaCoO_(3)/Bi_(2)MoO_(6)复合材料显著增强了Bi_(2)MoO_(6)的光催化活性,LaCoO_(3)质量分数为5%时LaCoO_(3)/Bi_(2)MoO_(6)呈现出最佳的光催化性能,在100 min内对水中TC(30 mg/L)污染物降解效率高达86.1%,反应速率常数k达到了0.01913 min-1,比Bi_(2)MoO_(6)与LaCoO_(3)分别高2倍与7倍。LaCoO_(3)/Bi_(2)MoO_(6)对可见光的吸收大大提高,颗粒粒径明显增大。5次循环回收试验结果显示5%LaCoO_(3)/Bi_(2)MoO_(6)对TC的降解效率仅下降了2.6%,表明LaCoO_(3)/Bi_(2)MoO_(6)具有良好的稳定性和实用性,反应过程符合拟一级动力学方程。因此,以Bi_(2)MoO_(6)与LaCoO_(3)进行复合以制备高效、低能耗的p n型光催化材料LaCoO_(3)/Bi_(2)MoO_(6)并用于降解TC,可为光催化技术在处理四环素类抗生素废水方面提供新思路。

Z型CdIn_(2)S_(4)/ZnSnO_(3)异质结的构筑及其光催化产氢性能

通过高温煅烧ZnSn(OH)_(6)前驱体制备了双壳中空立方体结构的ZnSnO_(3)(ZSO),进而采用水热法将CdIn_(2)S_(4)(CIS)纳米晶包裹在ZSO表面,成功制备了CdIn_(2)S_(4)/ZnSnO_(3)(CIS/ZSO)异质催化剂。活性产氢实验结果表明,CIS、ZSO物质的量之比为12%时制备的12%CIS/ZSO具有优异的光催化产氢性能,在3 h内产氢量为1 676.48μmol·g^(-1),分别是ZSO和CIS的12倍和8倍。ZSO光催化析氢反应活性的增强归因于CIS/ZSO异质结构的成功构建,异质界面的形成显著提高了光生电子/空穴对的分离效率,降低了其复合率。通过对电荷转移路径的分析,提出了可能的反应机理。

基于Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料的自供能紫外探测器的制备及性能研究

为了获得高性能的自供能紫外探测器,结合热聚法和溶液法成功制备了Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料,并对其微观形貌、晶体结构、元素组成及价态进行了表征。结果表明,Bi_(2)O_(3)呈蜂窝状结构的块体,其附着在具有层状结构的g-C_(3)N_(4)纳米片上。基于该异质结制备了无需外加偏压即能工作的紫外探测器。在紫外光照射下,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)光电探测器能够立即产生光电流并达到最大稳定值约0.43μA,相比于Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器,其光电流提升了约1.05倍。值得注意的是,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)紫外探测器还展现出了快的响应速度(约181.7 ms),并且其光电流与入射光强也具有良好的线性关系,表明该器件对不同强度的紫外光均能实现快速且稳定的探测。

In_(2)O_(3)/ZnIn_(2)S_(4)异质结的制备及其降解有机染料性能研究

为了降低光生载流子的复合、提高光催化性能,采用水热晶化法制备了纳米薄片状In_(2)O_(3)与花球状ZnIn_(2)S_(4)异质结催化剂,并应用于光催化降解有机染料罗丹明B。结果表明,相比于纯In_(2)O_(3)和ZnIn_(2)S_(4)催化剂,In_(2)O_(3)/ZnIn_(2)S_(4)催化剂的活性有较大程度的提升;In_(2)O_(3)和ZnIn_(2)S_(4)质量比为1∶1的催化剂具有最好的光催化降解效果,光催化降解135 min时罗丹明B的降解率达到90.0%;其光催化反应的速率常数是纯ZnIn_(2)S_(4)的1.9倍,且符合拟一级动力学。In_(2)O_(3)/ZnIn_(2)S_(4)优异的光催化活性归因于In_(2)O_(3)和ZnIn_(2)S_(4)之间形成了异质结,加速了光生载流子迁移与分离。

漂浮型Bi_(2)WO_(6)/C_(3)N_(4)/碳布S型异质结光催化材料用于高效净化水体环境

近年来,水污染成为人类生存面临的巨大危机,如何治理水污染,特别是如何有效去除水体中的抗生素和重金属存在着很多挑战.采用先进、绿色且高效的光催化技术可有效去除水污染,因而受到科研工作者的广泛关注,但粉末状光催化剂易团聚、难分离回收等问题限制了其工业应用.近年来,人们发现将粉末状光催化剂固定在柔性大表面积且电荷传导性能良好的碳布上可以有效克服上述缺点.g-C_(3)N_(4)具有高光还原活性、高稳定性和低成本的优点,因而在环境净化领域具有突出的应用潜力.但单一组分的C_(3)N_(4)/碳布仍存在氧化能力弱、光生载流子分离效率低等问题.将其与高光催化氧化活性且能带位置匹配的Bi_(2)WO_(6)共同构筑具有强内建电场和保留最大氧化还原能力的S型异质结,是一种有效策略,有望开发出高效、可回收的可见光光催化体系.本文以柔性、大的碳布为基底,通过热聚合-溶剂热法将C_3N4和富含氧空位的Bi_(2)WO_(6)原位生长在碳纤维上,制备出了富含氧空位的S型Bi_(2)WO_(6)C_(3)N_(4)/CF布状光催化剂,并用于可见光照射下高效光催化降解抗生素和还原Cr(VI).宏观图像、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)等结果表明,富含氧空位的Bi_(2)WO_(6)和C_(3)N_(4)纳米片均匀地生长在碳纤维上形成了2D/2D/1D分级易回收的布状结构.X射线光电子能谱(XPS)结果表明了Bi_(2)WO_(6)上氧空位、低价氧化态Bi^((3-x)+)和W^((5-x)+)的生成.与C_(3)N_(4)/CF(Bi_(2)WO_(6)CF)相比,Bi_(2)WO_(6)C_(3)N_(4)/CF在可见光照射下的光催化降解盐酸四环素和还原六价铬的效率分别提高了0.5(1.1)倍和30.2(19.8)倍.系统实验证明Bi_(2)WO_(6)C_(3)N_(4)/CF布状光催化剂较好的光催化性能归因于三个方面:(1)碳纤维编织而成的分级Bi_(2)WO_(6)C_(3)N_(4)/CF布结构可以暴露丰富的活性位点、促进污染物的富集以及加强界面电荷转移和空间分离;(2)缺陷工程协同S型光生载流子分离路径促进了电子和空穴的高效分离;(3)柔性可漂浮的布状结构赋予了其良好的易回收性和可循环利用性.此外,该布状光催化剂具有较好的环境普适性和毒性缓释作用,可以在不同影响因素下保持良好的光催化活性且降解中间产物毒性减弱.XPS结果中电子结合能的变化和功函数分析进一步确认了其S型光生载流子分离路径,并通过自由基捕获实验和电子自旋共振波谱仪系统研究了光催化反应机理:Bi_(2)WO_(6)C_(3)N_(4)/CF布状光催化剂通过S型光生载流子分离路径促进了超氧自由基和羟基自由基的生成,在降解盐酸四环素的过程中空穴和超氧自由基为主要活性物种,而在还原六价铬过程中电子和超氧自由基为主要活性基团.综上,本文采用缺陷工程结合碳布基底的S型异质结构筑策略,开发出高性能、易回收、稳定的漂浮型光催化体系,为高效净化水体环境提供了新思路.

g-C_(3)N_(4)/Pd/Bi_(2)WO_(6)光催化剂协同降解苯扎贝特机理研究

利用贵金属Pd的等离子体共振效应和形貌可控Bi2WO6的光催化协同作用,通过低温水热法设计合成具有高效可见光活性的花状g-C_(3)N_(4)/Pd/Bi_(2)WO_(6)异质结复合催化剂.在可见光照射下,异质结复合催化剂光催化降解BZF的去除率均高于g-C_(3)N_(4),g-C_(3)N_(4)/Bi_(2)WO_(6),Pd/g-C_(3)N_(4)和Bi_(2)WO_(6),其中,50%g-C_(3)N_(4)/Pd/Bi_(2)WO_(6)对BZF的去除率为96%,是Pd/g-C_(3)N_(4)的1.8倍,g-C_(3)N_(4)和Bi_(2)WO_(6)的2.7倍.基于表征分析可知,g-C_(3)N_(4)/Pd/Bi_(2)WO_(6)复合催化剂中Bi_(2)WO_(6)呈现中心辐射花状纳米结构,并与层状Pd/g-C_(3)N_(4)连接;贵金属Pd可作为电子传输的介质,促进g-C_(3)N_(4)和Bi_(2)WO_(6)Z型异质结构的形成,有利于协同提升可见光催化活性.淬灭实验和EPR表征证实了·OH是g-C_(3)N_(4)/Pd/Bi_(2)WO_(6)催化降解BZF的主要活性物质,LC-MS/MS分结果表明羟基化作用取代贝特链是BZF降解的主要路径.

ZnO纳米棒/Bi_(2)S_(3)量子点异质结的制备及光电探测性能研究

为了获得具有多波段响应的ZnO基宽光谱光电探测器,将ZnO与其它窄带隙半导体耦合构建异质结,并基于此制备了光电探测器。本文采用水热法结合连续离子层吸附反应法在FTO衬底上成功制备了ZnO纳米棒/Bi_(2)S_(3)量子点异质结材料。通过扫描电子显微镜和能谱仪表征了ZnO纳米棒/Bi_(2)S_(3)量子点异质结的表面形貌和元素组成。结果表明,Bi_(2)S_(3)量子点均匀且致密地附着在整个ZnO纳米棒上。此外,基于该ZnO纳米棒/Bi_(2)S_(3)量子点异质结制备的探测器能够在无外加偏压条件下工作,即具有自供能特性。与ZnO纳米棒探测器相比,ZnO纳米棒/Bi_(2)S_(3)量子点探测器在紫外光照射下的光电流增大了0.065 mA,这主要是因为两者形成的异质结能够有效抑制光生载流子的复合。此外,ZnO纳米棒/Bi_(2)S_(3)量子点探测器对可见光也具有优异的探测能力,其对波长为470 nm的蓝光和530 nm的绿光的探测均表现出良好的循环稳定性。

Bi_(2)S_(3)/BaTiO_(3)复合光催化剂的制备及其光催化性能的研究

由于BaTiO_(3)(BTO)面临着太阳能利用率低、光生载流子快速重组和稳定性差的问题,严重限制其在可见光下降解有机污染物。以BaTiO_(3)为基体采用简单的水热法在其周围制备了不同物质的量比的Bi_(2)S_(3)/BTO p-n异质结,以改善BaTiO_(3)的光催化性能。分别采用XRD、SEM、EDS、TEM、XPS、PL、UV-Vis DR、EIS、瞬态光电流响应等表征手段对样品的结构、形貌、表面价态以及光电性能进行分析。以RhB为模拟污染物,测试了复合材料的光催化活性和稳定性。结果表明,与单组分催化剂相比,Bi_(2)S_(3)/BTO复合材料的催化性能得到了显著提升。在可见光下照射150 min后,对RhB的降解率高达98.7%;经5个循环,降解率仍为86%。通过对光催化剂的机理研究表明羟基自由基、超氧自由基、光生空穴均在光催化反应中起作用,并提出了一种可能的p-n异质结光催化机理。

一步溶剂热法合成Bi_(2)S_(3)/BiOBr多级异质结及其增强可见光光催化去除RhB的研究

近年来,随着工业的高速发展,环境污染问题日益加剧。光催化作为一种节能环保、应用前景广阔的技术,已成为环境污染治理领域的研究热点。早期光催化剂以TiO_(2)为主,但TiO_(2)的活性只有在紫外光照下才能被激发,因此国内外逐渐发展了众多可见光可激发的光催化剂。其中,溴氧化铋(BiOBr)作为一种新型的层状结构光催化剂,因具有独特的光学性质和特殊的电子结构,近年来受到越来越多的关注。然而,纯BiOBr在可见光范围内的吸收能力并不理想,这极大地限制了它的实际应用。目前,与其他具有优异可见光吸收能力的半导体耦合是提升BiOBr光催化活性的一种有效方法。本研究首次采用硫化钠作为硫源,通过简单的一步溶剂热法合成了二元三维Bi_(2)S_(3)/BiOBr多级异质结球状光催化剂。使用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征了样品的结构与形貌。结构测试分析表明纳米花状的Bi_(2)S_(3)/BiOBr三维球体被成功制备,且二组分间形成了紧密的界面连接。对罗丹明B(RhB)的可见光光催化降解试验结果表明Bi_(2)S_(3)/BiOBr复合材料的催化性能高度依赖于Bi_(2)S_(3)的含量。12.5%-Bi_(2)S_(3)/BiOBr样品表现出对RhB最大去除能力。对降解效率进行了准一级动力学研究,拟合结果显示12.5%-Bi_(2)S_(3)/BiOBr的降解效率分别是纯BiOBr和纯Bi_(2)S_(3)的4.2倍和39.6倍。采用光致发光测试、光电流测试、电化学阻抗测试以及紫外可见光漫反射测试对降解机理进行了研究,Bi_(2)S_(3)/BiOBr复合材料光催化性能增强的主要原因是组分间形成了有效异质结结构,使得载流子分离效率提高,可见光吸收范围扩大。活性物种的淬灭实验表明RhB的降解主要来自空穴的氧化作用,其次是超氧基自由基的作用。通过能带计算及实验分析发现超氧自由基的形成与染料敏化有关。重复使用试验研究表明经多次循环降解后12.5%-Bi_(2)S_(3)/BiOBr样品仍表现出良好的稳定性和可重复使用性。因此,Bi_(2)S_(3)/BiOBr光催化剂还有望用于降解其他类型的有机污染物,在废水净化和环境修复领域有着潜在应用。